(57)【要約】【課題】超電導導体と重ねて支持体などを配した超電導テープ線材からなる転位セグメントであって、転位セグメントを巻き取る際に、超電導テープ線材を構成する超電導導体における波打ち部の発生を防止できる転位セグメント及び超電導応用機器を提供する。【解決手段】本発明に係る転位セグメント５０は、超電導テープ線材１０を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、超電導テープ線材１０は、テープ状の超電導導体、超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ａ、並びに、超電導導体及び支持体Ａからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴としている。【選択図】      図１
2005019323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、
前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ａ、並びに、前記超電導導体及び前記支持体Ａからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴とする転位セグメント。
【請求項２】
超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、
前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ｂ、前記超電導導体の下面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｃ、並びに、前記超電導導体、前記支持体Ｂ及び前記支持体Ｃからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴とする転位セグメント。
【請求項３】
超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、
前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｄ、前記超電導導体の下面に沿わせて配されるテープ状の安定化体、並びに、前記超電導導体、前記支持体Ｄ及び前記安定化体からなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴とする転位セグメント。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転位セグメントを用いたことを特徴とする超電導応用機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントの改良に係り、より詳細には、高い張力で巻線する際に好適な、転位セグメント及びこれを用いた超電導応用機器に関する。本発明に係る超電導応用機器としては、例えば超電導コイルや超電導変圧器、超電導ケーブル、超電導マグネット、超電導限流器などが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平角素線をなす超電導テープ線材を、その長さ方向において、一定の間隔ごとに一本づつ順次位地を転位させてなる転位セグメントが公知であり、例えば超電導コイルや超電導ケーブル等に用いられる。このような転位セグメントの製造例としては、例えば図１２に示すような事例が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
まず、不図示の送り出し機構部から繰り出された複数本の平角素線９１０は、転位力付与装置９３０を通過する際に順次転位させられる。次に、撚り口装置９５０により成形され、転位セグメント９８０が得られる。その後、転位セグメント９８０は巻取機構部９９０を構成する巻枠９９１により巻き取られる。
【０００４】
上記製造法によれば、例えばテープ状の超電導導体８１１とその上にテープ状の支持体８１２を重ねて設けてなる超電導テープ線材８１５を複数本用意し、これらをその長手方向に移動させながら撚り口装置９５０の中を通過させると、最も上位および下位にある超電導テープ線材が適宜、その幅方向に撚られた構造からなる転位セグメント８１０（図１１）が得られる。
【０００５】
つまり、上記製造法の場合、図１３に示すように、転位セグメント９８０（８１０）は成形後に、矢印Ｃの方向に回転する巻枠９９１の外周面９９２に巻き取られる。この巻き取り動作に伴い、転位セグメント９８０（８１０）をなす各構造体、すなわち超電導導体９１１（８１１）とその上に配された支持体９１２（８１２）からなる超電導テープ線材９１５（８１５）には、転位セグメント９８０（８１０）の進行方向（矢印Ｂで示す方向）とは逆の方向（矢印Ａで示す方向）に特殊な力が加わる恐れがある。
【０００６】
この特殊な力は、巻枠９９１の回転軸からなす距離が、超電導テープ線材９１５において下側に位置する超電導導体９１１と上側に位置する支持体９１２では異なることに起因して生じるのではないかと、本発明者らは推察した。
【０００７】
そして、この特殊な力を受けると、超電導テープ線材９１５の下層をなす部材すなわち超電導導体９１１は、上層をなす支持体９１２に対して波をなすような部分（以下、波打ち部と呼ぶ）９１１’を形成し、この波打ち部９１１’は転位セグメント９８０の進行方向とは逆の方向に移動すると考えられる。
【０００８】
ところで、従来の転位セグメントでは、転位セグメントを構成する各超電導テープ線材が、相互に位置ずれが発生するのを防ぐ目的から、転位セグメントの幅方向において特定の箇所あるいは全て箇所を、保形用テープでその周囲を包み込むことによって、個々の超電導テープ線材を固定する方法が採用されていた。特許文献１には、保形用テープとしてクラフト紙を用いる例が開示されている。
【０００９】
保形用テープは、例えば、図１１に示すような転位セグメント８１０を構成する非転位渡り部８２０や転位渡り部８３０における所定の位置で、転位セグメント全体を一緒に、その周囲から押さえつけ縛ることにより、転位セグメントを固定するために用いられる。
【００１０】
このような保形用テープは、転位セグメント８１０を構成する各超電導テープ線材８１５、特に転位渡り部８３０でその幅方向に徐々に撚りつつある超電導テープ線材８１５、が勝手な位置に暴れた状態となるのを抑止するように作用する。これにより、例えば転位渡り部８３０と非転位渡り部８２０の比率や、転位渡り部８３０において撚りつつある超電導テープ線材８１５の幅方向の位置決め精度を向上させるという効果をもたらす。
【００１１】
しかしながら、保形用テープは、上述した作用・効果を確かに備えてはいるが、前述した特殊な力に対しては殆ど有効ではない。逆に、この特殊な力を受けた場合は、図１０に示した波打ち部９１１’は転位セグメント９８０の進行方向（矢印Ｂ）とは逆の方向（矢印Ａ）に移動し、最終的には保形用テープにより堰き止められた状態になり、逃げ場を失ったまま巻枠９９１に巻き付けられ、その結果、折り重なったり、目詰まりしたような、あるいは乱れた形状という不具合な形態を採らざるを得なくなる。
【００１２】
この不具合な形態は、超電導導体を流れる電流の方向性を阻害し、超電導特性を劣化する要因の一つとなることが危惧される。特に、不具合な形態が著しい場合は、超電導導体の劣化や破断を招きかねないことから、この問題を回避することが可能な転位セグメントの開発が期待されていた。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１４８２１０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、超電導導体と重ねて支持体などを配した超電導テープ線材からなる転位セグメントであって、転位セグメントを巻き取る際に、超電導テープ線材を構成する超電導導体における波打ち部の発生を防止できる転位セグメントと、これを用いた超電導応用機器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第一の転位セグメントは、超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ａ、並びに、前記超電導導体及び前記支持体Ａからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る第二の転位セグメントは、超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ｂ、前記超電導導体の下面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｃ、並びに、前記超電導導体、前記支持体Ｂ及び前記支持体Ｃからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴としている。
【００１７】
本発明に係る第三の転位セグメントは、超電導テープ線材を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントにおいて、前記超電導テープ線材は、テープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｄ、前記超電導導体の下面に沿わせて配されるテープ状の安定化体、並びに、前記超電導導体、前記支持体Ｄ及び前記安定化体からなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜からなることを特徴としている。
【００１８】
上記３種類の転位セグメントでは、それぞれの転位セグメントを構成する何れの超電導テープ線材も、テープ状の超電導導体とその上下に配されるテープ状の支持体又は安定化体を設けてなる積層体が樹脂被膜により包み込まれた構造をなしている。ゆえに、個々の超電導テープ線材は、超電導導体と支持体又は安定化体からなる積層体が一体化するように、その外周側から樹脂被膜によって固定された状態が、その長手方向の如何なる位置においても保たれている。
【００１９】
その際、樹脂被膜は、支持体又は安定化体を介して超電導導体の上下面を押さえつけるように覆うとともに、支持体又は安定化体の側面と超電導導体の側面も全て覆うように設けられる。
【００２０】
つまり、本発明に係る第一から第三の転位セグメントは何れも、超電導導体とその上下に配される支持体又は安定化体を設けてなる積層体は樹脂被膜により包み込まれた構造をなしているので、たとえ転位セグメントに外力が加わっても積層体の形状が崩れることはない。
【００２１】
したがって、本発明に係る第一から第三の転位セグメントによれば、従来の問題、すなわち転位セグメントを巻き取る際に、超電導テープ線材を構成する超電導導体に確認された波打ち部の発生が防止できるので、超電導特性の安定化が図れる。
【００２２】
本発明に係る超電導応用機器は、上述した第一から第三の転位セグメントを用いているので、超電導導体の波打ち部に起因した問題により超電導特性が低下するという現象を解消できる。したがって、長期間にわって安定した超電導特性が維持されるので、長期信頼性の高い超電導応用機器が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る転位セグメントとその製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る転位セグメントの一例を示す模式的斜視図であり、第一の転位セグメントを表している。図２は、図１に示した第一の転位セグメントの模式的断面図である。図３及び図４は、本発明に係る転位セグメントの他の一例を示す模式的断面図であり、第二の転位セグメントと第三の転位セグメントをそれぞれ表している。
【００２５】
図１及び図２に示した第一の転位セグメント５０は、超電導テープ線材１０を複数本、転位撚り合わせてなる転位セグメントであって、超電導テープ線材１０は、テープ状の超電導導体１１、超電導導体１１の上面に配されるテープ状の支持体Ａ１２、並びに、超電導導体１１及び支持体Ａ１２からなる積層体１５を包み込むように設けられる樹脂被膜１３からなることを特徴としている。第一の転位セグメント５０において、５１は転位渡り部を、５２は非転位渡り部を表している。
【００２６】
図３及び図４に示した第二の転位セグメントと第三の転位セグメントは何れも、その外形においては第一の転位セグメント５０と同様である。第一の転位セグメント５０と異なる点は、個々の超電導テープ線材を構成する樹脂被膜で包まれた積層体の部分である。
【００２７】
第二の転位セグメントにおける積層体２５は、図３に示すように、テープ状の超電導導体２１、超電導導体２１の上面に配されるテープ状の支持体Ｂ２２ａ、超電導導体２１の下面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｃ２２ｂ、から構成されており、超電導導体２１、支持体Ｂ２２ａ及び支持体Ｃ２２ｂからなる積層体２５は樹脂被膜２３によって、その外周面全てが包み込まれている。
【００２８】
第三の転位セグメントにおける積層体３５は、図４に示すように、テープ状の超電導導体３１、超電導導体３１の上面に沿わせて配されるテープ状の支持体Ｄ３２、超電導導体３１の下面に沿わせて配されるテープ状の安定化体３４、から構成されており、超電導導体３１、支持体Ｄ３２及び安定化体３４からなる積層体３５は樹脂被膜３３によって、その外周面全てが包み込まれている。
【００２９】
上記の各積層体１５、２５、３５を構成する超電導導体１１、２１、３１の材料としては、例えば、高温超電導材料（Ｂｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｙ１２３等の酸化物系材料）や低温超電導材料（Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ａｌ等のＡ１５型材料）等の単体では機械的に脆い性質を有する材料を挙げることができる。
【００３０】
また、支持体Ａ１２、支持体Ｂ２２ａ、支持体Ｃ２２ｂ及び支持体Ｄ３２の材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の非磁性のオーステナイト系金属材料やハステロイ等の非磁性金属材料、あるいは銅ニッケルや燐青銅、銅ベリリウム合金、銅ニオブ複合材、銅銀合金等の高強度を有する銅合金が挙げられる。
【００３１】
安定化体３４の材料としては、例えば銅ニッケルや燐青銅、銅ベリリウム合金、銅ニオブ複合材、銅銀合金などの低抵抗材料が好適に用いられる。
【００３２】
樹脂被膜１３、２３、３３の材料として、例えばＵＶ硬化樹脂、エナメル樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができる。
【００３３】
上記の各積層体１５、２５、３５を構成する超電導導体と支持体又は安定化体としては、同等の幅を有するテープ状のものが用いられ、予め２枚１組あるいは３枚１組となるように重ねた状態からなる構造体が好適に用いられる。
【００３４】
このような各積層体１５、２５、３５、すなわち支持体又は安定化体を沿わせてなる超電導導体をその長手方向に、樹脂被膜の母液内で移動させて、支持体又は安定化体と超電導導体からなる積層体の外周面に前記母液を被着させ付着物を形成する。
【００３５】
次いで、この付着物の表面に規制板をあてて、その厚みを整えた後、付着物に光を照射するか、または熱を加えることにより、該付着物を固化させることにより、所望の厚みからなる樹脂被膜を備えてなる、図２〜図４に示す超電導テープ線材１５、２５、３５が得られる。
【００３６】
以下では、超電導テープ線材１５を用いて図１及び図２に示す転位セグメントの製造方法について詳細に説明する。本発明者らは、図５及び図６に示すような転位セグメントの製造装置を使用して本発明に係る転位セグメント５０を形成した。
【００３７】
図５に示した転位セグメントの製造装置は、複数本の超電導テープ線材１１５（１０）を厚さ方向及び幅方向に並べて列状に集合させ、これらの超電導テープ線材を長さ方向の所定間隔ごとに、超電導テープ線材の厚さ方向及び幅方向に順次転位させる転位セグメント１８０（５０）の製造装置の一例である。
【００３８】
なお、図５においては、８本の超電導テープ線材を用いて転位セグメントを作製する場合について示しているが、図１〜図４のように６本の超電導テープ線材からなる転位セグメントも同様に作製できる。
【００３９】
この転位セグメント１８０の製造装置は、例えば超電導テープ線材１０３ｅに着目して説明すると、超電導テープ線材１０３ｅを繰り出す送出しボビン１０３ａを超電導テープ線材ごとに備える送出し装置１００と、
送出しボビン１０３ａから繰り出されてきた超電導テープ線材１０３ｅに撚りを加える分線ダイス１３３ａを、超電導テープ線材ごとに備える転位力付与装置１３０と、
分線ダイス１３３ａから繰り出されてきた超電導テープ線材１０３ｅを転位集合化させて転位セグメント１８０を形成する撚り口装置１５０と、を少なくとも具備している。
【００４０】
図５において、１００は超電導テープ線材を繰り出す送出し装置、１３０は超電導テープ線材を転位させる転位力付与装置、１５０は超電導テープ線材を転位集合化させる撚り口装置、１８０は転位セグメント、１９０は転位セグメントの巻き取り装置である。
【００４１】
超電導テープ線材の送出し装置１００は、図５に示すように、傾斜面１０２を有する送り出し架台１０１と、この傾斜面１０２の傾斜方向に沿って２列に並べて配され超電導テープ線材ごとに設けた個別送出機構部とを有する。
【００４２】
例えば、超電導テープ線材１０３ｅの場合、これに対応する個別送出機構部は、超電導テープ線材１０３ｅが巻き付けて収納されている送出しボビン１０３ａを回転駆動させる機能を備えた支持部１０３ｃ、送出しボビン１０３ａと支持部１０３ｃを載置する支持台１０３ｄから構成されている。
【００４３】
図５に示した超電導テープ線材の送出し装置は一実施形態であり、このような個別送出機構部を８個備えた例であり、本発明はこの個数に限定されるものではない。
【００４４】
図５の左下図に示すように、この８個の個別送出機構部は例えば矢印α１、α２、α３、α４で示す向きに順番に移動し、その位置を変化させ、一周することで元の位置に戻ることができる。換言すれば、個別送出機構部は複数回移動する縦方向移動α２、α４と１回のみ移動する横方向移動α１、α３からなる回転運動を繰り返す構造を備えいる。ゆえに、この構造は、上記送出しボビンに相当する機構部が円盤上の円周方向に沿った等分位置に配してなる、従来の装置と同様の作用を働かせることが可能である。
【００４５】
図６は、送出し装置１００から繰り出された超電導テープ線材の進行方向について説明する概略図である。
図６（ａ）に示すように、送出し装置１００から繰り出された複数本の超電導テープ線材は、転位力付与装置１３０に向けて進行する。その際、個々の超電導テープ線材は、その下面側に超電導導線が位置し、その上面側に支持体が向くように繰り出される。
【００４６】
この場合、超電導テープ線材は図６（ｂ）に示すように、送出し装置１００と転位力付与装置１３０とを結ぶ中心線に対して、それぞれの個別送出機構部を構成する送出しボビンから転位力付与装置１３０に向けて繰り出される超電導テープ線材の角度θは異なる。具体的は、超電導テープ線材１０８ｅは角度θ１  であるのに対して、超電導テープ線材１０７ｅは角度θ２  をなしており、θ１  ≠θ２  となっている。
【００４７】
換言すると、図６（ａ）の下段列（図６（ａ）において転位力付与装置１３０から送出し装置１００を見た場合には左縦列に相当する）では送出しボビン１０７ａから繰り出される超電導テープ線材１０７ｅが最大の角度θ２  をなす（入線角度と呼称する）のに対し、上段列（図６（ａ）において転位力付与装置１３０から送出し装置１００を見た場合には右縦列に相当する）では送出しボビン１０８ａから繰り出される超電導テープ線材１０８ｅが最大の角度θ１  をなす。つまり、超電導テープ線材にはその幅方向に、この角度θに起因した応力が加わり、これは超電導テープ線材に加わるエッジワイズ歪の原因となる。
【００４８】
しかしながら、上記送出しボビンに相当する機構部が円盤上の円周方向に沿った等分位置に配してなる従来の装置に比べれば、本実施形態で使用した送出し装置１００で生じる角度θは極めて小さなものとなる。
【００４９】
ゆえに、上記構成からなる超電導テープ線材の送出し装置１００であれば、２列に並べて配され超電導テープ線材ごとに設けた個別送出機構部は、複数回移動する縦方向移動と１回のみ移動する横方向移動からなる回転運動を繰り返す構造を備えることで、超電導テープ線材に加わるエッジワイズ歪を十分に抑制しながら、次工程の装置である転位力付与装置１３０に向けて超電導テープ線材を進行させることができる。
【００５０】
また図５から明らかなように、超電導テープ線材ごとに設けた個別送出機構部は、送り出し架台１０１の傾斜面１０２上に、その傾斜方向に沿って２列に並べて配されているので、最上段と最下段にそれぞれ位置する２つの個別送出機構部、（すなわち図３（ａ）に示す上段列の送出しボビンで説明すると、最上段は１０３ａの送出しボビン、最下段は１０８ａの送出しボビンに相当する）から繰り出される２本の超電導テープ線材を、進行すべき方向に対して極めて小さな角度で繰り出すことが可能となる。
【００５１】
ゆえに、超電導テープ線材ごとに設けた個別送出機構部を送り出し架台１０１の傾斜面１０２上に、その傾斜方向に沿って２列に並べて配して成る構成は、超電導テープ線材の厚さ方向に加わるフラットワイズ歪の低減をもたらす。
【００５２】
上述したように、本実施形態で用いた超電導テープ線材の送出し装置１００は、個別送出機構部の２列配置構造と、超電導テープ線材ごとに設けた個別送出機構部を送り出し架台１０１の傾斜面１０２上に、その傾斜方向に沿って２列に並べて配して成る構成とを採用したことによって、超電導テープ線材に加わるエッジワイズ歪とフラットワイズ歪とを同時に低減することが可能となった。
【００５３】
これに伴い、従来の装置では超電導テープ線材ごとに張力制御するため設ける必要があった首振り機構を、本発明に係る超電導テープ線材の送出し装置１００は敢えて設ける必要が無いので、上記構成からなる送出し装置は従来の装置に比べて装置構造の簡単化が図れ、ひいては長期信頼性に優れる。
【００５４】
図５に示した超電導テープ線材の転位力付与装置１３０は、例えば超電導テープ線材１０３ｅを通過させるための方形の空孔１３３ｂを備えた分線ダイス１３３ａのように、個々の超電導テープ線材ごとに分線ダイス１３３ａ〜１４０ａを備えている。
【００５５】
そして、個々の超電導テープ線材を通過させるための方形の空孔を備えた分線ダイスは２列に並べて配されてなる分線機構部１３２と、超電導テープ線材の通過を阻害しないように分線機構部１３２を取り囲むように配される筐体１３１と、個々の分線ダイスをβ１、β２、β３、β４の向きに移動させる図示しない手段とで構成されている。
【００５６】
この分線機構部１３２は、筐体１３１の内壁に沿って前記分線ダイスが複数回移動する縦方向移動β２、β４と１回のみ移動する横方向移動β１、β３からなる回転運動を繰り返す構造を備えているので、上記構成からなる超電導テープ線材の転位力付与装置１３０は、従来の装置が円盤状の構成物で実現した回転運動と同様の機能を有することができる。
【００５７】
ところで、この回転運動と同様の機能は、横方向には超電導テープ線材ごとに設けた分線ダイスが最大２個並列するだけなので、この並列した２つの分線ダイスから繰り出される２本の超電導テープ線材は、進行すべき方向に対して極めて小さな角度でそれぞれの分線ダイスから、すなわち本実施形態で用いる超電導テープ線材の転位力付与装置１３０から繰り出されることとなる。したがって、上記回転運動と同様の機能は、超電導テープ線材の幅方向に加わるエッジワイズ歪の低減をもたらす。
【００５８】
また、本発明に係る超電導テープ線材１０は、超電導導線１１とその上に配される支持体１２からなる積層体１５を樹脂被膜１３でその外周面を全て包み込んだ構成をなしている。
【００５９】
したがって、超電導導線１１や支持体１２は個別に、上述したエッジワイズ歪やフラットワイズ歪を受けるのでは無く、本発明に係る超電導テープ線材１０においては樹脂被膜１３で包まれ一体化した積層体１５が、各々の歪を生じさせる原因となる外力を受けることになる。
【００６０】
よって、超電導テープ線材１０が外力を受けた際には、従来に比べて局所的とはならず、より広範囲に均一に外力の影響を受けることが可能となった。この超電導テープ線材１０が有する外力への対応能力の高さは、超電導テープ線材１０を用いてなる転位セグメント５０（１８０）にも踏襲される。
【００６１】
特に、上記構成を採用した超電導テープ線材１０の作用・効果が最も顕著に発揮される例として挙げられるのが、転位セグメントの製造装置において最終段に配置された巻き取り装置１９０に、転位セグメント５０（１８０）が巻き付けられる場合である。
【００６２】
つまり、前述したように、従来の転位セグメントにおいては、転位セグメントを巻き取る際に、超電導テープ線材を構成する超電導導体における波打ち部の発生を防ぐことは極めて困難であった。
【００６３】
これに対して、本発明に係る転位セグメント５０（１８０）の場合、個々の超電導テープ線材において、超電導体と支持体又や安定化体からなる積層体はその外周面を全て樹脂被膜で包まれている。ゆえに、たとえ外力が加わっても超電導体と支持体又や安定化体の界面は離れるような状況にはならない。
【００６４】
換言すると、巻き取り装置１９０の巻枠１９１に転位セグメント５０（１８０）が巻き取られる際には、従来の転位セグメントで発生した超電導導体における波打ち部は生じ得ない。
【００６５】
ゆえに、本発明に係る転位セグメント５０（１８０）においては、この波打ち部という不具合な形態が解消されるので、超電導導体を流れる電流の方向性は阻害されず、超電導特性が劣化することも無いので、極めた安定した超電導特性を長期にわたって維持することが可能となる。
【００６６】
以上の説明においては、超電導テープ線材１０からなる転位セグメント５０（１８０）を用いて、その作用・効果を詳述した。しかしながら、超電導テープ線材１０に代えて、超電導導体２１の上下両面に支持体２２ａ、２２ｂを配し、これらを樹脂被膜２３で包み込んでなる超電導テープ線材２０や、超電導導体３１の上面に支持体３２を下面に安定化体３４を配し樹脂被膜３３で包んでなる超電導テープ線材３０を用いて形成された転位セグメント５０（１８０）でも、同様の作用・効果が発揮されることは言うまでもない。
【００６７】
したがって、かかる構成の転位セグメント１０を用い、後述する各種の超電導応用機器を作製することにより、優れた超電導特性、すなわち交流電流通電時の交流損失が低減され、偏流が抑制された、良好な特性を備えた超電導応用機器の提供を可能とする。
【００６８】
＜超電導応用機器＞
次に、上述した本発明に係る転位セグメントを用いた超電導応用機器の実施形態について説明する。
【００６９】
［超電導ケーブル］
図７は、超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。
本実施形態の超電導ケーブル４７０は、交流電流通電時において偏流を抑制した構造を有するもので、パイプ状のフォーマ（管体）４７７の周囲に上記の転位セグメント１０が螺旋状に巻回されて複数の超電導体層４８４が積層され、これら超電導体層４８４、４８４間に絶縁テープ等からなる層間絶縁層４８５が形成されたものである。また、超電導ケーブル４７０の外側には、図示しない半導体層、絶縁層、保護層、断熱層、防食層などが必要に応じて形成されて使用される。
【００７０】
フォーマ１７７はステンレス鋼などからなり、その表面にはフォーマ１７７と転位セグメント５０との間の通電を抑制するため絶縁処理が施されている。また、内部の空洞は液体窒素等の冷却媒体の流路として用いられ、転位セグメント５０を構成する複数の超電導テープ線材の冷却が行われるようになっている。
【００７１】
［超電導マグネット］
図８は、超電導マグネットの一実施形態を示す斜視図である。
本実施形態の超電導マグネット５９０は、巻胴５９１と一対の鍔板５９２とを具備してなる巻枠５９３に、上記の転位セグメント１０が巻き付けられたものである。そして、転位セグメント１０の端未部５９５ａは鍔板５９２の周縁部に形成された切り欠き状の通過孔５９２ａを介して鍔板５９２の外部に引き出され、この通過孔５９２ａを通過する転位セグメント１０の引出部の手前部分５９５ｂが、鍔板５９２の外周縁部に固定された補強板５９７により覆われている。
【００７２】
［超電導変圧器］
図９は、超電導変圧器の一実施形態を示す斜視図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ’部分における断面図である。
本実施形態の超電導変圧器６００は、円筒型の巻胴６０２ａを備えたボビン６０２と、該ボビン６０２の巻胴６０２ａの軸方向一端側から他端側に多層に巻き付けられた上記の転位セグメント１０と、積層された転位セグメント５０の各層同士を隔てるスペーサ６０５とを備えたものである。
【００７３】
ボビン６０２は、巻胴６０２ａと、その両端に設けられたフランジ６０２ｂ、６０２ｃとからなるものであり、このボビン６０２の巻胴６０２ａの外周には、転位セグメント５０が多層に巻き付けられている。
【００７４】
スペーサ６０５は、積層された転位セグメント５０の各層同士を隔て、転位セグメント５０が冷媒により効率よく冷却されるようにするために設けられており、その長手方向がボビン軸方向に沿うようにして、ボビン６０２の周方向に間隔をおいて複数設けられている。
【００７５】
また、転位セグメント５０の各層間の間隔、及び、転位セグメント５０とフランジ６０２ｂ、６０２ｃとの間隔は、冷媒の流路となる冷却チャンネル６０４とされている。そして、超電導変圧器６００を使用する際には、転位セグメント５０の超電導状態を保つため、超電導変圧器６００を液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒中に浸漬して冷却できるようになっている。
【００７６】
以上の超電導ケーブル４７０、超電導マグネット５９０、超電導変圧器６００は、複数本のテープ状の素線を転位撚り合わせるに際し、素線の各々の上面にテープ状の支持体を沿わせるように配したことによって、電磁力によるテープ単線に加わるフープ力を支える機能を備えてなる、本発明に係る転位セグメント５０を用いて構成されたものであるので、優れた超電導特性、すなわち交流電流通電時の交流損失が低減され、偏流が抑制された、良好な特性を有するものとなる。
【００７７】
［実施例（超電導マグネット）］
図２に示すようなテープ状の超電導導体、前記超電導導体の上面に配されるテープ状の支持体Ａ、並びに、前記超電導導体及び前記支持体Ａからなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜から構成される超電導テープ線材１０を用い、図１に示す図１示すような転位セグメントを作製し、これを超電導マグネットに適用した事例について述べる。
【００７８】
図１に示すように転位セグメント５０は、超電導導体１１及び支持体Ａ１２からなる積層体１５を包み込むように設けられる樹脂被膜１３から構成される超電導テープ線材１０が一組を成し、同様の六組を転位撚り合わせたものである。その際、超電導導体１１及び支持体Ａ１２としては、表１に示す仕様のものを用い、５０Ｎという高い張力を印加しつつ、表１に諸元を示した超電導マグネットを作製した。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
上記超電導マグネットを作製する際に巻線時の張力は５０Ｎとした。巻線の際、６本撚りの転位セグメントを構成する個々の超電導テープ線材には、およそ１．５ｍｍの線ズレが発生すると発明者らは試算している。このような線ズレは、巻線時に１本のテープ線へ張力が集中することにつながるので、今回使用した超電導テープ線材の破断強度は３０〜５０Ｎであり、弱い部分に張力が集中した場合には、５０Ｎでの張力巻線が不可能な条件であった。
【００８１】
また、巻線時の張力が高いことは、マグネットの寸法安定度を高め、またマグネット冷却時における巻き枠への巻線張力の残留を実現できる（巻き枠：ＦＲＰと線材の線膨張係数はやや線材の方が小さいことから、冷却時に線材の巻線張力は緩む方向にあるため、通電時には導体が動き易くなるが、張力の残留はこの導体の動きを抑制できる）ことにつながる。したがって、今回の設計では５０Ｎ程度の張力巻線が必要であった。
【００８２】
本発明に係る転位セグメントを用いることにより、従来では不可能であった５０Ｎでの張力巻線が可能となり、諸元表に示したて超電導マグネットを製作することができた。液体ヘリウム中での通電試験を実施したところ、この本発明に係る転位セグメントを用いて製造した超電導マグネットは、３００Ａ通電時に設計値である３６２０Ｇの中心磁場を発生させることができた。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る転位セグメントは、超電導導体及び支持体又は安定化体からなる積層体を包み込むように設けられる樹脂被膜から構成される超電導テープ線材を採用した。
【００８４】
ゆえに、この構成によれば、個々の超電導テープ線材は、超電導導体と支持体又は安定化体からなる積層体が一体化するように、その外周側から樹脂被膜によって固定された状態を如何なる場合でも保つことができる。
【００８５】
したがって、本発明は、転位セグメントを巻き取る際に、超電導テープ線材を構成する超電導導体における波打ち部の発生を防止できる転位セグメントの提供を可能にする。
【００８６】
また、上記構成によれば、電磁力によるテープ単線に加わるフープ力を支える機能を備えることも可能となるので、例えば高磁界用マグネットなどに適用するとより有効に機能する転位セグメントを提供できる。
【００８７】
また、上記構成の転位セグメントは、優れた超電導特性、すなわち交流電流通電時の交流損失が低減され、偏流が抑制された、良好な特性を備えた各種の超電導応用機器の提供に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転位セグメントの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る第一の転位セグメントの断面図である。
【図３】本発明に係る第二の転位セグメントの断面図である。
【図４】本発明に係る第三の転位セグメントの断面図である。
【図５】本発明に係る転位セグメントの製造装置により転位セグメントを製造して様子を示した説明図である。
【図６】図５の製造装置を構成する送出し装置から繰り出される素線および支持体の進行方向について説明する概略図である。
【図７】本発明に係る超電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る超電導マグネットの一実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る超電導変圧器の一実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示した超電導変圧器の断面図である。
【図１１】従来の転位セグメントの実施形態を示す概略図である。
【図１２】従来の転位セグメントの製造例を示す概略図である。
【図１３】図１２の製造例において転位セグメントが巻取機構部を構成する巻枠により巻き取られる様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０  超電導テープ線材、１１、２１、３１  超電導導線、１２、２２ａ、２２ｂ、３２  支持体、１３、２３、３３  樹脂被膜、１５、２５、３５  積層体（構造体）、３４  安定化体、５０  転位セグメント、５１  転位渡り部、５２  非転位渡り部、１００  送出し装置、１０３ａ〜１１０ａ  送出しボビン、１３０  転位力付与装置、１３２  分線機構部、１３３ａ〜１４０ａ分線ダイス、１５０  撚り口装置、１８０  転位セグメント、１９０  巻き取り装置、４７０  超電導ケーブル（超電導応用機器）、５９０  超電導マグネット（超電導応用機器）、６００  超電導変圧器（超電導応用機器）、８１０  転位セグメント、８２０  非転位渡り部、８３０  転位渡り部、８１５  超電導テープ線材、８１６  支持体、８１８  超電導導体、９１０  平角素線（超電導テープ線材）、９１１’  波打ち部、９３０  転位力付与装置、９５０  撚り口装置、９８０  転位セグメント、９９０  巻取機構部、９９１  巻枠、９９２  外周面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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